25
PERUBAHAN STRUKTUR HISTOLOGIS INSANG DAN HATI IKAN NILA
(Oreochromis niloticus Linnaeus 1758) YANG TERPAPAR MERKURI
Ilham Zulfahmi
1, Ridwan Affandi
2, Djamar T.F. Lumban Batu
2 1Dosen Program Studi Budidaya Perairan. Fakultas Pertanian Universitas Almuslim, Bireuen-Aceh
Email :
[email protected]2
Departemen Manajemen Sumberdaya Perairan Institut Pertanian Bogor
Diterima 5 Maret 2014/Disetujui 20 April 2014
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji perubahan struktur histologis organ insang, hati dan ginjal ikan nila akibat dari paparan merkuri. Penelitian dilakukan dari bulan Februari hingga Juni 2013. Ikan nila berukuran panjang 11-13 cm dengan bobot rata-rata 20 gram dipaparkan pada konsentrasi sub kronik merkuri klorida (0,164 mgL-1) selama 56 hari. Pembuatan preparat histologis hati dan dilakukan dengan metode histoteknik menggunakan pewarnaan Haemotoxylin dan Eosin. Hasil penelitian menunjukkan adanya pengaruh negatif pada hati dan ginjal ikan nila akibat dari paparan merkuri. Paparan merkuri pada organ insang menyebabkan terjadinya perubahan struktur histologis berupa perbesaran sel organ (hypertrophy), penambahan jumlah sel
(hyperplasia) pembengkokan lamela sekunder (curling of secondary lamella), penghimpitan lamella sekunder (fusion in secondary lamella) dan kematian sel (neukrosis). Perubahan histologis pada organ hati berupa
perbesaran sel organ (hypertrophy), penambahan jumlah sel (hyperplasia), penciutan inti sel (shrinkage of
hepatocytes), pendarahan (hemorage), dan kematian sel (neukrosis).
Kata kunci: merkuri klorida, histologis, hypertrophy, hyperplasia, neukrosis.
PENDAHULUAN
Ikan sangat sensitif terhadap perubahan di lingkungan perairan dan memainkan peran penting dalam menilai potensi risiko yang terkait dengan pencemaran di lingkungan hidupnya (Lakra & Nagpure 2009). Ikan sangat rentan terhadap toksikan logam karena terus-menerus terpapar di media hidupnya dan dapat masuk melalui insang dan asupan pakan yang terkontaminasi. Efek bahan pencemar ini, dapat berakibat pada kerusakan organ-organ tubuh ikan baik bersifat akut maupun bersifat kronik.
Merkuri (Hg) merupakan salah satu kontaminan yang paling banyak ditemukan pada perairan dan sedimen (Ullrich et al. 2001). Meskipun terjadi secara alami, aktivitas manusia telah memobilisasi meningkatnya kuantitas merkuri dan telah menjadi sumber masalah kesehatan bagi masyarakat (Clarkson & Magos 2006 dan Díez 2009). Kontaminan ini sangat signifikan dalam hal daya racunnya. Selain itu, merkuri tidak terdegradasi oleh bakteri sehingga tetap berada secara permanen di lingkungan perairan (Clark 2001). Ikan nila (Oreochromis niloticus) merupakan salah satu spesies ikan yang sangat berpeluang terkontaminasi merkuri. Beberapa karakteristik ekobiologi yang dimiliki ikan
ini seperti distribusinya yang luas di lingkungan perairan, tersedia pada berbagai stadia sepanjang musim, mudah diaklimatisasikan pada kondisi laboratorium dan memiliki nilai komersial yang tinggi menyebabkan ikan nila sangat cocok untuk dijadikan hewan uji pada studi toksisitas.
Menurut Palar (2004) merkuri masuk kedalam jaringan tubuh melalui beberapa jalan, yaitu saluran pernapasan, pencernaan (makanan) dan penetrasi melalui kulit. Merkuri yang masuk ke dalam tubuh organisme air tidak dapat dicerna, akan tetapi merkuri mampu bergabung dengan lemak dan masuk kedalam membran sel. Merkuri yang bergabung dengan lemak pada akhirnya akan menumpuk (terakumulasi) di dalam organ, terutama organ respirasi (insang), organ detoksikasi (hati) dan organ ekskresi (ginjal).
Tingkat kerusakan jaringan pada ikan akibat merkuri dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain konsentrasi merkuri yang terserap oleh tubuh organisme, organ, kondisi lingkungan tempat organisme hidup, kondisi morfologi serta fisiologi organisme tersebut. Kajian tentang efek merkuri terhadap kerusakan jaringan dan organ pada ikan masih belum banyak dilakukan. Investigasi histopatologi dilakukan untuk mendeteksi efek langsung dari merkuri terhadap organ target ikan.
26 dengan bobot rata-rata 20 gram dan kisaran panjang
11-13 cm. Ikan diangkut ke laboratorium dan kemudian dipelihara dalam wadah aklimatisasi selama tujuh hari. Setelah masa aklimatisasi selesai, ikan sehat dipilih untuk digunakan pada percobaan. Ikan diberi pakan buatan dua kali sehari. Kotoran ikan dan limbah pakan disipon setiap hari untuk menjaga kondisi kualitas air media.
Bahan toksikan yang digunakan pada penelitian ini adalah merkuri klorida (HgCl2)
berbentuk tepung halus (soluble powder) berwarna putih dan mudah larut dalam air. Larutan stok merkuri klorida dipersiapkan 48 liter dan berkonsentrasi tinggi (100 mgL-1) yang siap untuk diencerkan kedalam konsentrasi yang diperlukan pada uji toksisitas. Wadah pemeliharan ikan uji yang digunakan adalah akuarium berukuran 60 cm x 40 cm x 30 cm dengan volume air sebanyak 43,2 liter.
Penentuan LC50-96 jam
LC50-96 jam didapatkan dengan melakukan uji
toksisitas akut. Dosis merkuri klorida yang diujikan pada uji toksisitas akut didasarkan pada uji pendahuluan dengan metode Range Finding Test yang dilakukan sebelum uji toksisitas akut. Metode uji toksisitas akut pada penelitian ini mengacu pada US – EPA (1991). Dosis merkuri klorida yang digunakan pada uji toksisitas akut yaitu 0,37 mgL-1, 1,64 mgL-1, 3,14 mgL-1 dan 9,92 mgL-1, dengan ulangan sebanyak dua kali. Ikan uji ditempatkan sebanyak 10 ekor per wadah dengan tidak diberi makan dan tidak dilakukan pergantian air. Penentuan LC50-96 jam dilakukan
dengan melakukan pendataan terhadap mortalitas ikan uji berdasarkan selang waktu logaritmik (logarithmic
time interval) pada jam ke-12, 24, 48, 72, dan 96.
Penentuan nilai LC50-96 jam dilakukan dengan
analisis probit menggunakan perangkat lunak EPA Probit Analysis Version 1.5.
Rancangan Percobaan
Jumlah ikan uji yang digunakan sebanyak 15 ekor per wadah uji untuk pengamatan tingkat kerusakan jaringan . Konsentrasi merkuri klorida (HgCl2) yang digunakan terdiri dari tiga konsentrasi yaitu kontrol (0 mgL-1 HgCl2), konsentrasi batas aman (10 % dari LC50-96 jam) , dan nilai interval +
20% dari konsentrasi batas aman. Pengamatan kerusakan stuktur jaringan histologi ikan uji dilakukan setiap 14 hari sekali selama 56 hari masa pemeliharaan. Pengamatan kerusakan jaringan
pemotongan, penempelan sayatan pada gelas objek, deparafinasi dan pewarnaan. Pengambilan sampel hati dan ginjal dilakukan dengan menggunakan pisau bedah, potongan tersebut kemudian diletakkan dalam wadah yang telah ditambahkan pengawet Buffered
Neutral Formalin (BNF).
Proses pengawetan dilakukan agar tidak terjadinya perubahan pada jaringan, dan melindungi sel dari proses pengerutan saat dimasukkan dalam alkohol dan parafin panas serta meningkatkan kemampuan jaringan untuk diwarnai. Proses penghilangan air dilakukan dengan cara merendam jaringan dalam alkohol mulai dari alkohol 80%, 90%, 95% sampai ke alkohol absolut.
Proses penjernihan dilakukan dengan merendam jaringan tersebut ke dalam xylol Sehingga jaringan nampak lebih tranparan dan gelap. Selanjutnya proses infiltrasi dilakukan dengan merendam jaringan dalam parafin secara bertingkat pada suhu 600C. Hal ini dilakukan agar jaringan dapat dipotong dengan tipis.
Proses penanaman yaitu meletakkan jaringan dalam wadah sedemikian rupa sehingga memudahkan pada saat dipotong dan pengenalan kembali jaringan. Wadah kemudian dicampur dengan parafin dan kemudian didinginkan selama 6 jam untuk mengeraskan parafinnya. Poses pemotongan blok dilakukan dengan menggunakan mikrotom. Ketebalan jaringan ditetapkan setebal 5 mikron. Hasil sayatan kemudian diapungkan dalam air hangat (400C), lalu diletakkan dalam gelas objek. Gelas objek kemudian diletakkan di atas hotplate selama 10-15 menit hingga seluruh air menguap.
Proses pewarnaan dilakukan dengan
melakukan perendaman preparat dengan Hematoksilin selama 7 menit kemudian dicuci dengan menggunakan
aquades dilanjutkan dengan Eosin selama 3 menit dan
dicuci kembali dengan menggunakan aquades.
HASIL
LC50-96 jam
Data mortalitas ikan nila pada uji toksisitas akut menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentasi merkuri klorida yang dipaparkan pada media uji maka mortalitas ikan akan semakin meningkat (Tabel 1). Berdasarkan analisis probit diperoleh nilai LC50-96
27 Selama uji toksisitas akut, ikan nila
menunjukkan berbagai perubahan tingkah laku. Perubahan tingkah laku ikan nila terlihat secara jelas pada konsentrasi HgCl2 tertinggi (9,92 mgL-1) dan
terjadi beberapa saat setelah waktu pemaparan. Perubahan tingkah laku yang teramati adalah hiperaktif, pergerakan operkulum yang cepat dan sirip punggung yang berdiri tegak.
Histopatologi
Insang
Struktur jaringan insang pada konsentrasi 0 mgL-1 terlihat normal, dengan deretan lamella primer dan lamella sekunder yang teratur. Sel-sel insang terdiri dari dua atau tiga lapis sel epitel yang rata dan terletak di membrane basal, jarak antar lamella sekunder terlihat jelas. Struktur jaringan insang pada konsentrasi 0 mgL-1 tidak menunjukkan adanya perubahan histopatologi (Gambar 10a). Perubahan struktur jaringan insang mulai terlihat pada hari ke 14, stuktur jaringan insang pada konsentrasi 0,164 mgL-1 mengalami hipertropi dan hyperplasia pada lamella sekunder (Gambar 1b). perubahan histopalogi yang terjadi pada konsentrasi 0,196 mgL-1 diantararanya adalah hipertropi, hyperplasia dan ketidaklurusan pada lamella sekunder (curling of secondary lamella).
Kerusakan jaringan insang akibat merkuri semakin parah seiring lamanya waktu pemaparan Pada hari ke 28 (Gambar 1d), kerusakan jaringan insang pada 0,164 mgL-1 terlihat dengan meluasnya penambahan sel (hyperplasia) dan pembesaran sel yang berlebihan (hipertropi). Pada perlakuan dengan dosis yang lebih tinggi 0,196 mgL-1 penambahan jumlah sel (hyperplasia) dan pembesaran sel yang berlebihan (hipertropi) terlihat semakin meluas dan hampir menutupi lamella sekunder (Gambar 1e).
Berhimpitnya lamella sekunder (fusion in
secondary lamella) mulai terlihat pada konsentrasi
0,196 mgL-1 dalam waktu 42 hari pemaparan (Gambar 1g) sedangkan untuk konsentrasi 0,164 mgL-1 berhimpitnya lamella sekunder mulai terlihat pada hari ke 52 pemaparan merkuri (Gambar 1h). Kematian sel
(Nekrosis) mulai terlihat pada hari ke 56 dari
pemaparan merkuri. Konsentrasi 0,196 mgL-1 menunjukkan gejala kematian sel yang lebih besar dibandingkan dengan konsentrasi 0,164 mgL-1.
Hati
Kerusakan pada jaringan hati mulai terlihat pada hari ke 28 dari waktu pemaparan (Gambar 3d dan Gambar 3e). Pada konsentrasi 0,164 mgL-1 dan konsentrasi 0,196 mgL-1 mulai tampak terjadinya penambahan jumlah sel (Hyperplasia) dan pendarahan
(Hemorage). Kerusakan jaringan hati semakin meluas
pada hari ke 42 dari waktu pemaparan merkuri (Gambar 3f). Pada konsentrasi 0,164 mgL-1 mulai tampak adanya kematian sel hati (Neukrosis) dan penciutan inti sel hati (shrinkage of hepatocyte) akibat vakuolalisasi sitoplasma. Pada konsentrasi 0,196 mgL
-1
kematian sel hati (Neukrosis) terlihat lebih meluas. Pengamatan histologis pada jaringan hati pada hari ke 56 menunjukkan tingkat kematian sel yang parah. Pada konsentrasi 0,196 mgL-1 kematian sel terlihat hampir di seluruh sel yang diamati (Gambar 3i). Pembahasan
Berdasarkan uji toksisitas akut yang dilakukan selama 96 jam diperoleh nilai LC50 sebesar 1,64 mgL-1
HgCl2. Nilai LC50 merkuri klorida terhadap berbagai
jenis ikan juga telah dilaporkan sebelumnya. Ikan nila memiliki daya toleransi yang lebih tinggi dibandingkan dengan jenis ikan lainnya. Poopal et al. (2013) melaporkan bahwa nilai LC50 merkuri klorida
terhadap Cirrhinus mrigala berukuran 6,0±0,5 cm adalah 0,34 mgL-1. Pandey et al. (2005) juga melaporkan bahwa nilai LC50 merkuri klorida
terhadap Channa punctatus adalah 0,35 mgL-1. Bleau
et al. (1996) menyatakan bahwa perbedaan nilai LC50
terjadi diakibatkan oleh adanya perbedaan spesies, jenis kelamin, umur, dan ukuran hewan uji serta kondisi parameter lingkungan media.
Insang merupakan organ penting untuk pernapasan dan osmoregulasi (Fernadez & Mason 2003). Dolenec & Kuzir (2009) menyatakan bahwa insang ikan adalah organ multifungsi yang bertanggung jawab untuk respirasi, osmoregulasi, keseimbangan asam-basa dan ekskresi limbah nitrogen. Kerusakan pada jaringan insang akibat paparan logam berat dilaporkan dapat mengurangi
konsumsi oksigen dan menganggu fungsi
osmoregulasi ikan (Mishra & Mohanty 2008)
Gangguan fungsi insang yang dialami oleh ikan uji diduga karena adanya perubahan struktur histologis
28 pada jaringan insang ikan uji yang diakibatkan oleh
paparan logam berat merkuri. Hasil pengamatan histologis pada jaringan insang ikan uji menunjukkan telah terjadi berbagai kerusakan sel diantaranya
hyperplasia, hipertropi dan berhimpitnya lamella
sekunder. Kerusakan yang ditimbulkan semakin besar seiring bertambahnya dosis merkuri yang diberikan dan lamanya waktu pemaparan. Kematian sel
29
(Nekrosis) mulai terlihat pada hari ke 42 baik pada
konsentrasi 0,164 mgL-1 dan konsentrasi 0,196 mgL-1. Hal ini juga dilaporkan oleh Liao et al. (2006) yang menyatakan bahwa akumulasi merkuri pada ikan
sangat tergantung terhadap dosis dan waktu pemaparan toksikan, paparan merkuri pada ikan akan menyebabkan terjadinya perubahan dalam hati (hepatosit), insang dan gonad.
30 dan endogen. Kerusakan pada hati menyebabkan
terganggunya berbagai fungsi hati. Connell (1995) menyatakan bahwa toksikan dapat menyebabkan gangguan pada metabolism protein, lemak dan karbohidrat, serta enzim mikrosomial.
Pengamatan histologis pada jaringan hati menunjukkan adanya perubahan morfologis terhadap jaringan hati yang diakibatkan adanya paparan merkuri. Kerusakan terhadap jaringan hati mulai terlihat pada hari ke 28 pemaparan merkuri, kerusakan yang terjadi diantaranya adalah hemorage dan
hyperplasia. Hyperplasia yang terjadi pada sel hati
diduga karena terjadinya vakuolalisasi yang menyebabkan membesarnya sitoplasma. Pembesaran sitoplasma ini dapat menyebabkan nilai HSI menjadi meningkat.
Vakuolalisasi yang terjadi akan menyebabkan inti sel hati mengalami hingga menyebabkan terjadinya penciutan terhadap inti sel hati (Shrinkage
of hepatocyte). Menciutnya sel hati terlihat dengan
jelas pada konsentrasi 0,196 mgL-1 pada hari ke 42 dari pemaparan mercuri klorida. Penciutan inti sel hati juga dilaporkan oleh Ahmed et al.(2013) pada
Oreochromis mossambicus akibat paparan arsen. Pada
pengamatan hari ke 56 dari waktu pemaparan merkuri klorida memperlihatkan terjadinya kematian sel
(Nekrosis) yang parah terutama pada konsentrasi
0,196 mgL-1, sedangkan pada konsentrasi 0,164 mgL-1 kematian sel belum terlihat begitu parah ditandai dengan masih adanya inti sel hati (hepatosit). Kematian sel yang parah pada konsentrasi 0,196 mgL
-1
dapat berdampak pada menurunnya nilai HSI.
SIMPULAN
Nilai LC50-96 jam merkuri klorida (HgCl2)
pada ikan nila (Oreochromis niloticus) adalah sebesar 1,64 mgL-1.Merkuri klorida (HgCl2) dengan
konsentrasi 0,164 mgL-1 dan 0,196 mgL-1 menyebabkan terjadinya kerusakan jaringan pada insang (hyperplasia, hipertropi, pembelokan lamella sekunder, penghimpitan lamella sekunder dan kematian sel), dan hati (hyperplasia, hemorage, penciutan inti sel, dan kematian sel) .
mercury chloride and methyl mercury on plasma cortisol, T3, T4, glucose and liver glycogen in rainbow trout, Oncorhynchus
mykiss. Aquatic Toxicology, (34): 221–235.
Clark R. 2001. Marine pollution. Oxford University Press. New York. 231 p.
Clarkson TW. 2002. The three modern faces of mercury. Environmental Health Perspectives, 110(1): 11-23.
Clarkson TW, Magos L. 2006. The toxicology of mercury and its chemical compounds.
Critical Reviews in Toxicology, 36(8): 609–
662.
Connell DW. 1995. Bioakumulasi Senyawaan Xenobiotik. Jakarta: UI Press
Dolenec M, Kuzir S. 2009. Anatomy and histology of bony fish gills as a basis of their multiple roles.
Veterinarska Stanica, 40 (4): 209–217.
Fernandez MN, Mazon AF. 2003. Environmental Pollution and Fish Gill Morphology Science
Publishers. 203-231.
Hontela A.1998. Interrenal disfunction in fish from contaminated sites: in vivo and in vitro assessment. Annual review. Environment.
Toxicol. Chemical, 17 (1) 44–48.
Kendall MW. 1975. Acute effect of methyl mercury toxicity in channel catfish kidney. Bull.
Environ. Contam. Toxicol. 13 (5), 570–575.
Kirubagaran R, Joy KP. 1988. Toxic effects of three mercurial compounds on survival, and histology of the kidney of the catfish Clarias
batrachus. Ecotoxicology and Environmental Safety, 15 (2): 172–279.
Lakra WS, Nagpure NS. 2009. Genotoxicological studies in fishes: a review. The Indian
Journal of Animal Sciences, 79(1): 93 – 98.
31 Levesque H, Dorval J, Van Der Kraak G, Campbell
PGC, Hontela A. 2003. Hormonal,
morphological and physiological responses of yellow perch (Perca flavescens) to chronic environmental metal exposure. Journal of
Toxicology and Environmental Health, 66 (7),
657–676.
Lu CF. 1995. Toksikologi dasar. Universitas Indonesia Press, Jakarta. 290 hlm.
Mishra AK, Mohanty B. 2008. Acute toxicity impacts of hexavalent chromium on behavior and histopathology of gill, kidney and liver of the freshwater fish, Channa punctatus (Bloch).
Environmental Toxicology and
Pharmacology, 26 (2): 136–141.
Morozov DN, Vysotskaya RU. 2007. Comparative study of bile acid composition of bile of the European vendace Coregonus albula L. and the European whitefish Coregonus lavaretus
L. under conditions of technogenic water
reservoir pollution. Journal of Evolutionary
Biochemistry and Physiology 43(5): 490–
494.
Norris DO, Felt SB, Woodling JD, Dores RM. 1997. Immunocytochemical and histological differences in the interrenal axis of feral brown trout, Salmo trutta, in metal-contaminated
water. General and Comparative
Endocrinology, 108 (3): 343–351.
Ortiz JB, De Canales MLG., Sarasquete C. 2003. Histopathological changes induced by lindane ( -HCH) in various organs of fishes. Science
Marine. 67 (1), 53–61.
Palar H. 2004. Pencemaran dan toksikologi logam
berat. Penerbit Rineka Cipta. Jakarta. 152
hlm.
Pandey S, Kumar R, Sharma S, Nagpure NS, Srivastava SK, Verma MS. 2005. Acute toxicity bioassays of mercuric chloride and malathion on air-breathing fish Channa
punctatus (Bloch). Ecotoxicology and Environmental Safety, 61(1): 114-120.
Poopal RK, Mathan R, Bheeman D. 2013. Short-term mercury exposure on Na+/K+-ATPase activity and ionoregulation in gill and brain of an Indian major carp, Cirrhinus mrigala.
Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 27(1): 70 – 75.
Ullrich SM, Tanton TW, Abdrashitova SA. 2001. Mercury in the aquatic environment: a review of factors affecting methylation. Critical
Reviews in Environment Science and Technology 31(3): 241-93.
Velmurugan B, Selvanayagam M, Cengiz EI, Unlu E. 2007. The effects of fenvalerate on different tissues of freshwater fish Cirrhinus mrigala.
Journal Environmental Science Health 42 (2),
